LTC-2623JF LEDディスプレイ仕様書 - 0.28インチ桁高 - AlInGaP黄橙色 - 順電圧2.6V - 消費電力70mW - 技術文書

1. 製品概要

LTC-2623JFは、明確な数値表示を必要とするアプリケーション向けに設計された高性能な4桁7セグメントディスプレイモジュールです。その主な機能は、電子機器において視覚的な数値出力を提供することです。このディスプレイの中核技術は、LEDチップにアルミニウム・インジウム・ガリウム・リン（AlInGaP）半導体材料を使用しており、これらは不透明なガリウムヒ素（GaAs）基板上に実装されています。この特定の材料選択は、高効率かつ高輝度で特徴的な黄橙色の発光色を実現するために極めて重要です。ディスプレイはグレーの面と白いセグメントを特徴としており、様々な照明条件下でのコントラストと視認性を最大化するために設計された組み合わせです。これは輝度に基づいて分類されており、製造ロットにおける選択の一貫性を可能にします。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本デバイスは、様々なプロフェッショナルおよび産業用途に適したいくつかの主要な利点を提供します。その低消費電力は、バッテリー駆動または省エネルギーを意識したデバイスにとって重要な利点です。優れた文字表示、高輝度、および高コントラストにより、表示される数字は遠方からでも、また周囲光の下でも容易に読み取ることができます。広い視野角はデバイスの使用性を拡大し、視認性を大幅に損なうことなく様々な位置から読み取ることが可能です。LED技術に固有のソリッドステートの信頼性は、機械式や他の表示タイプと比較して、長い動作寿命と衝撃・振動に対する耐性をもたらします。このディスプレイの主なターゲット市場には、信頼性が高く、明確で効率的な数値表示が必要な計器盤、試験・測定機器、産業制御システム、医療機器、および民生用電子機器が含まれます。

2. 技術パラメータの詳細な客観的解釈

仕様書は、LTC-2623JFディスプレイの動作限界と性能を定義する包括的な電気的および光学的パラメータを提供します。これらのパラメータを理解することは、適切な回路設計と長期的な信頼性を確保するために不可欠です。

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性のある応力限界を定義します。これらは通常動作を意図したものではありません。

• セグメントごとの消費電力：70 mW。これは、連続DC動作下で個々のLEDセグメントが安全に熱として放散できる最大電力です。この限界を超えると、半導体接合部への熱損傷のリスクがあります。
• セグメントごとのピーク順電流：60 mA。この定格は、1/10デューティサイクル、0.1 msパルス幅のパルス条件下で適用されます。これは、マルチプレクシング方式で有用な、瞬間的な輝度のピークを達成するための短時間の高電流を可能にします。
• セグメントごとの連続順電流：25°Cで25 mA。これは室温での連続動作における最大推奨電流です。仕様書は25°C以上で0.33 mA/°Cのデレーティング係数を指定しており、過熱を防ぐために周囲温度が上昇するにつれて許容される最大連続電流を減らさなければならないことを意味します。
• セグメントごとの逆電圧：5 V。この値を超える逆バイアス電圧を印加すると、破壊を引き起こしLEDを損傷する可能性があります。
• 動作および保管温度範囲：-35°C から +85°C。デバイスはこの温度範囲内で機能し、保管されるように定格されています。
• はんだ付け温度：最大260°C、最大3秒間（実装面から1.6mm下で測定）。これはPCB組立時のリフローはんだ付けプロセスにおける重要なパラメータです。

2.2 電気的・光学的特性

これらはTa=25°Cで測定された代表的な性能パラメータであり、通常動作条件下での期待される動作を提供します。

• 平均光度（I_V）：I_F=1mAで320から800 μcd。このパラメータは光出力を測定します。広い範囲はビニングプロセスを示しています。デバイスは実際に測定された強度に基づいて分類されます。
• ピーク発光波長（λ_p）：I_F=20mAで611 nm（代表値）。これは光出力が最大となる波長です。このAlInGaPデバイスでは、可視スペクトルの黄橙色領域に該当します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：17 nm（代表値）。これは発光のスペクトル純度または帯域幅を示します。値が小さいほど、より単色（純色）の出力を意味します。
• 主波長（λ_d）：605 nm（代表値）。これは人間の目が光源の色に最も一致すると知覚する単一波長であり、ピーク波長と密接に関連しています。
• セグメントごとの順電圧（V_F）：I_F=20mAで2.05Vから2.6V。これは動作時のLED両端の電圧降下です。電流制限回路の設計にとって極めて重要です。この範囲は通常の製造ばらつきを考慮しています。
• セグメントごとの逆電流（I_R）：V_R=5Vで100 μA（最大）。これはLEDがその最大定格内で逆バイアスされたときに流れる小さなリーク電流です。
• 光度マッチング比（I_V-m）：2:1（最大）。これは単一デバイス内の最も明るいセグメント（または桁）と最も暗いセグメント（または桁）との間の最大許容比率を指定し、均一な外観を保証します。

3. 機械的およびパッケージ情報

ディスプレイの物理的構造と寸法は、最終製品への機械的統合にとって重要です。

3.1 パッケージ寸法

LTC-2623JFは、スルーホールPCB実装に適した標準的なデュアルインチラインパッケージ（DIP）フットプリントを持ちます。主要な寸法特徴は0.28インチ（7.0 mm）の桁高です。提供される図面のすべての寸法はミリメートル単位であり、特に指定がない限り標準公差は±0.25 mmです。設計者は、取り付け穴の正確な配置とディスプレイ本体のクリアランスのために、正確な寸法図面を参照する必要があります。

3.2 ピン接続と極性識別

デバイスは16ピン構成です。マルチプレックスコモンアノードアーキテクチャを採用しています。これは、各桁のLEDのアノードが内部で接続されている（例えば、ピン1は桁1のコモンアノード、ピン14は桁2のコモンアノードなど）一方で、各セグメント（A-G、DP、およびコロンセグメントL1-L3）のカソードは桁間で共有されていることを意味します。この設計により、必要な駆動ピン数が32（4桁 * 8セグメント）から16に大幅に削減され、効率的なマルチプレクシングが可能になります。ピン配置表は各ピンの機能を明確に識別し、いくつかの無接続（NC）ピンと物理的なピンがない1つの位置（ピン10）を含みます。コモンアノードピンとセグメントカソードピンの正しい識別は、適切な回路設計とソフトウェア制御にとって不可欠です。

3.3 内部回路図

内部回路図は、マルチプレックスコモンアノードアーキテクチャを視覚的に表しています。4つのコモンアノードノード（桁ごとに1つ）と、各セグメントおよびコロンカソードが4桁すべての対応するLEDにどのように接続されているかを示しています。この図は、ディスプレイを正しく駆動するために必要な電気的トポロジーを理解し、特定の桁の特定のセグメントを点灯させるには、対応するコモンアノードピンをハイ（または電流源を介してVccに接続）に駆動し、目的のセグメントカソードピンをロー（グランドにシンク）に駆動しなければならないことを確認するために非常に貴重です。

4. はんだ付けおよび組立ガイドライン

組立中の適切な取り扱いは、信頼性にとって極めて重要です。

4.1 リフローはんだ付けパラメータ

仕様書は、はんだ付けのための最大許容熱プロファイルを明示的に規定しています：ピーク温度260°C、最大持続時間3秒（実装面から1.6mm下、通常はPCB表面で測定）。このパラメータは、リフローオーブンのプロファイリング中に厳守されなければなりません。これらの限界を超えると、内部のワイヤボンドが損傷したり、LEDのエポキシレンズが劣化したり、パッケージが剥離したりする可能性があります。

4.2 注意事項および保管条件

• ESD（静電気放電）：明示的には記載されていませんが、LEDは半導体デバイスでありESDに敏感である可能性があります。標準的なESD取り扱い手順（接地リストストラップ、帯電防止マット、導電性包装の使用）が推奨されます。
• 洗浄：はんだ付け後に洗浄が必要な場合は、プラスチックパッケージおよびエポキシレンズと互換性のある方法および溶剤を使用してください。マイクロクラックを引き起こす可能性のある超音波洗浄は避けてください。
• 保管：デバイスは指定された温度範囲-35°Cから+85°C内で保管する必要があり、湿気吸収と端子酸化を防ぐために、できれば低湿度の帯電防止環境で保管してください。

5. アプリケーション提案

5.1 代表的なアプリケーションシナリオ

LTC-2623JFは、明るく信頼性の高い多桁数値表示を必要とするあらゆるアプリケーションに理想的です。一般的な用途には以下が含まれます：デジタルマルチメータおよびクランプメータ、周波数カウンタ、プロセスタイマおよびカウンタ、温度コントローラ、はかり、医療モニタリング機器（例：血圧計）、自動車診断ツール、および産業制御パネルの表示。

5.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：LEDは電流駆動デバイスです。動作電流を設定するために、各コモンアノードまたはセグメントカソード経路（駆動トポロジーに依存）と直列に電流制限抵抗（または定電流駆動回路）を使用する必要があります。抵抗値はオームの法則を使用して計算されます：R = (V_電源- V_F) / I_F。保守的な設計のためには、仕様書の最大V_F（2.6V）を使用してください。
• マルチプレクシング駆動回路：16ピンだけで4桁を制御するために、マルチプレクシング技術が使用されます。マイクロコントローラは、ある桁のセグメントパターンを出力しながら、一度に1桁のコモンアノードを順次アクティブにします。これは高周波数（通常>100Hz）で行われ、すべての桁が同時に点灯しているかのような錯覚を作り出します。駆動回路は、1桁分の点灯セグメントのピーク電流を供給できる能力を持たなければなりません。
• 視野角と取り付け：意図されたユーザーの視認位置を考慮してください。広い視野角は有益ですが、最適な輝度を得るために、ディスプレイは視認方向に対して正面に取り付けるべきです。
• 熱管理：消費電力は低いですが、高い周囲温度環境やより高い電流で駆動する場合、デレーティングされた電流限界内に収まるように、ディスプレイ周囲に十分な通気を確保してください。

6. 技術比較と差別化

LTC-2623JFは、主にそのAlInGaP技術の使用と特定の性能特性によって差別化されています。

• 標準的なGaAsPまたはGaP LEDとの比較：AlInGaP技術は、著しく高い発光効率を提供し、同じ駆動電流でより大きな輝度をもたらします。また、より優れた温度安定性と長い寿命も提供します。
• より大きいまたは小さい桁表示との比較：0.28インチの桁高は、視認性とコンパクトさのバランスを提供し、携帯機器用のより小さい0.2インチディスプレイと、パネル取り付け用のより大きい0.5インチまたは1インチディスプレイの中間に位置します。
• 単色 vs 多色ディスプレイとの比較：これは単色の黄橙色ディスプレイです。状態表示（例：アラーム用の赤、正常用の緑）を必要とするアプリケーションには、多色または2色ディスプレイがより適しています。
• コモンカソード構成との比較：コモンアノードの選択は、多くの場合駆動回路によって決定されます。オープンドレイン/シンク能力を持つマイクロコントローラがより一般的であるため、MCUがセグメント電流を直接シンクできるようにするコモンアノードディスプレイが頻繁に選択されます。

7. 技術パラメータに基づくよくある質問

Q: なぜ光度（320-800 μcd）に範囲があるのですか？

A: これは、デバイスが光度ビンで販売されていることを示しています。メーカーは実際の出力に基づいてLEDをテストし、選別します。製造ロットでより均一なディスプレイを得るために、より狭いビンを指定することができます。

Q: 5V電源でこのディスプレイを駆動できますか？

A: はい、ただし電流制限抵抗を使用する必要があります。例えば、V_Fが2.4V、I_F=20mAでセグメントを5V電源で駆動する場合：R = (5V - 2.4V) / 0.02A = 130 オーム。標準的な120または150オームの抵抗が適切です。

Q: マルチプレックスコモンアノードは私のソフトウェアにとって何を意味しますか？

A: ソフトウェアはディスプレイリフレッシュルーチンを実装する必要があります。ループ内で次のことを行います：1) すべての桁のアノード駆動をOFFにする。2) 桁1のセグメントパターン（カソードデータ）を出力する。3) 桁1のアノード駆動をONにする。4) 短時間待機する（例：2-5ms）。5) 桁2、次に桁3、次に桁4についてステップ1-4を繰り返し、その後桁1に戻る。

Q: ピーク順電流は60mAですが、連続は25mAのみです。60mAを連続使用できますか？

A: いいえ。60mA定格は、低デューティサイクル（10%）での非常に短いパルス（0.1ms幅）用です。60mAを連続使用すると、70mWの消費電力定格をはるかに超え、LEDセグメントを急速に破壊します。

8. 実用的な設計と使用事例

事例：4桁デジタル電圧計表示の設計

設計者が卓上電源装置を作成しており、明確な電圧表示が必要です。彼らは輝度と視認性のためにLTC-2623JFを選択します。マイクロコントローラには16個の利用可能なI/Oピンがあり、これはディスプレイのピン数と完全に一致します。設計者は、セグメント（A, B, C, D, E, F, G, DP）の電流をシンクするための出力として構成された8ピンを使用します。他の4ピンは、4つのコモンアノードに電流を供給する（累積セグメント電流を処理するために小さなトランジスタを介してそれぞれ）オープンドレイン出力として構成されます。残りの4ピンは未使用のNCピンです。ソフトウェアはディスプレイをマルチプレックスするように書かれ、ADCから値を読み取り、それを7セグメントパターンに変換します。電流制限抵抗はコモンアノードライン（または選択したトポロジーに応じてセグメントライン）に配置されます。グレーの面と白いセグメントの設計は、電源装置の金属パネルに対して優れたコントラストを提供します。

9. 原理紹介

LTC-2623JFの動作原理は、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネッセンスに基づいています。ダイオードのオン電圧（このAlInGaP材料では約2.0-2.6V）を超える順電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が接合部を横切って注入されます。これらの電荷キャリアが半導体の活性領域で再結合すると、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。発光の特定の波長（色）は、半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決定されます。AlInGaPは赤から黄緑のスペクトルに相当するバンドギャップを持ちます。このデバイスでの正確な組成は、黄橙色発光（605-611 nm）のために調整されています。7セグメント形式は、複数の個々のLEDチップ（またはチップセクション）を古典的な8のパターンに配置し、各セグメントを電気的に絶縁して、独立して、またはマルチプレクシング方式を介して制御できるようにすることで作成されます。

10. 開発動向

LTC-2623JFのようなディスプレイの進化は、光エレクトロニクスのより広範な動向に従っています。継続的な推進力はより高い効率に向かっており、電気入力1ワットあたりにより多くの光（ルーメン）を生成します。これはバッテリー寿命と省エネルギーにとって極めて重要です。改善された演色性と彩度も開発分野ですが、単色数値表示にとってはそれほど重要ではありません。英数字または多色アプリケーションでは、動向はより高い画素密度（同じ領域内のより多くのセグメントまたはドットマトリックス要素）と、複数の色またはフルRGB機能を単一パッケージに統合することに向かっています。もう一つの重要な動向は、スルーホールパッケージ（このDIPなど）から表面実装デバイス（SMD）パッケージへの移行であり、これによりより小さく、軽く、より自動化された組立が可能になります。さらに、駆動電子回路（定電流ドライバ、マルチプレクサ、さらには単純なコントローラなど）をディスプレイモジュールと直接統合することが増えており、最終エンジニアの設計作業を簡素化し、メインPCB上の部品点数を削減しています。